光纤通信系统第一章第二章1
光纤通信课后习题参考答案
光纤通信课后习题答案第一章习题参考答案1、第一根光纤是什么时候出现的？其损耗是多少？答：第一根光纤大约是1950年出现的。
传输损耗高达1000dB/km左右。
2、试述光纤通信系统的组成及各部分的关系。
答：光纤通信系统主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。
系统中光发送机将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤光缆，调制过的光信号经过光纤长途传输后送入光接收机，光接收机将光纤送来的光信号还原成原始的电信号，完成信号的传送。
中继器就是用于长途传输时延长光信号的传输距离。
第二章光纤和光缆1．光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。
纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。
2．光纤是如何分类的？阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的？答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照ITU-T关于光纤类型的建议，可以将光纤分为G.651光纤（渐变型多模光纤）、G.652光纤（常规单模光纤）、G.653光纤（色散位移光纤）、G.654光纤（截止波长光纤）和G.655（非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。
（2）阶跃型光纤的折射率分布渐变型光纤的折射率分布7．均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n1=1.50，n2=1.45，光纤的长度L=10Km。
试求：（1）光纤的相对折射率差Δ；（2）数值孔径NA；（3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，求裸光纤的NA和相对折射率差Δ。
解：（1）＝n1-n2（2）（3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则相当于包层的折射率n2=1，则＝n1-n25而最大为1，所以说只要光纤端面的入射角在90O以（2）若a=5μm，保证光纤单模传输时，＝n1-n2第三章光纤的传输特性2．当光在一段长为10km光纤中传输时，输出端的光功率减小至输入端光功率的一半。
光纤通信原理及基础知识
光纤的光学及传输特性参数之一------偏振模色散
光纤的基本参数
PMD定义 定义: 减弱的波长结构导致的两个线性偏振模的色散 Δ tPMD=Dpmd * LΛ0.5 PMD Link y= PMDQ :99.99% probability of 100000 y
光纤的光学及传输特性参数之一------偏振模色散
光纤的分类
光纤的基本结构和分类
单模光纤特性
G.652光纤
G.653光纤
G.654光纤
G.655光纤
最成熟的单模光纤，但未把最小的衰减与最小的色散有效的结合在一起。
过渡性的单模光纤，通过对光纤的截止波长进行位移而获得极低的衰减。
过渡性的单模光纤，把零色散点移到了衰减最小的波长。
一种新型的单模光纤，把最小的衰减与小的色散结合在一起。
单模光纤的特性
光纤的基本结构和分类
G652光纤的分类、特点与应用
应用 ：支持G.957规定的SDH传输系统，G.691规定的带光放大的单通过路STM-16（ 2.5Gbit/s ）的SDH传输系统，G.693规定的40km的10Gbit/s以太网系统及STM-256 ：主要支持更高速率 ，例如G.691和G.692传输系统中直到STM-64 （10Gbit/s），在G.693和中对于STM-256的某些应用 （低水峰光纤） ：与G.652A光纤属性类似，允许使用在1360~1530nm扩展波长范围 ：与G.652B光纤属性类似，允许使用在1360~1530nm扩展波长范围
全反射： 当n1>n2时，随着入射角的不断增加，在入射角达到某一值时，折射角达到90oC，我们把此时的入射角称为临界角0 。当入射角大于临界角时，将发生全反射。
媒质1
光纤通信原理-(全套)课件
1.2 光纤通信的主要特性
1.2.1 光纤通信的优点
1. 光纤的容量大
光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载 波的通信系统，其载波—光波具有很高的 频率(约1014Hz)，因此光纤具有很大的通信 容量。
2. 损耗低、中继距离长
目前，实用的光纤通信系统使用的光 纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长 区的损耗可低到0.18dB/km，比已知的其他 通信线路的损耗都低得多，因此，由其组 成的光纤通信系统的中继距离也较其它介 质构成的系统长得多。
光纤通信原理
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第一章 概 述
1.1 光纤通信的发展与现状 1.2 光纤通信的主要特性 1.3 光纤通信系统的组成和分类
1.1 光纤通信的发展与现状
1.1.1 早期的光通信
到了1880年，贝尔发明了第一个光电 话，这一大胆的尝试，可以说是现代光通 信的开端。
在这里，将弧光灯的恒定光束投射在 话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱 变化的反射光束，这个过程就是调制。
式中：R、T都是复数，包括大小及相
位。其模值分别表示反射波、传递波与入
射波幅度的大小之比；2Ф1、2Ф2是R和T的
相角，分别表示在介质分界面上反射波、 传递波比入射波超前的相位。
3. 平面波的全反射
全反射是一种重要的物理现象，当光 波从光密介质射入光疏介质，且入射角大 于临界角时才能产生全反射，即全反射必
1. 子午射线在阶跃型光纤中的传播
阶跃型光纤是由半径为a、折射率为常 数n 1的纤芯和折射率为常数n2的包层组 成，并且n1>n2，如图2.6所示。
图2.6 光线在阶跃型光纤中的传播
2. 子午射线在渐变型光纤中的传播
渐变型光纤与阶跃型光纤的区别在于 其纤芯的折射率不是常数，而是随半径的 增加而递减直到等于包层的折射率。
光纤通信原理-(全套)教程文件
图1.2 反射波导和透镜波导
1966年，英籍华人高锟(K.C.Kao，当 时工作于英国标准电信研究所)博士深入研 究了光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题， 发现这种玻璃纤维引起光损耗的主要原因 是其中含有过量的铬、铜、铁与锰等金属 离子和其他杂质，其次是拉制光纤时工艺 技术造成了芯、包层分界面不均匀及其所 引起的折射率不均匀，他还发现一些玻璃 纤维在红外光区的损耗较小。
根据光纤的传导模数量，光纤通信系 统可以分为多模光纤通信系统和单模光纤 通信系统。
根据系统的工作波长，光纤通信系统 可分为短波长光纤通信系统、长波长光纤 通信系统和超长波长光纤通信系统。
第二章 光纤和光缆
光纤作为光纤通信系统的物理传输媒 介，有着巨大的优越性。
本章首先介绍光纤的结构与类型，然 后用射线光学理论和波动光学理论重点分 析光在阶跃型光纤中的传输情况，最后简 要介绍光缆的构造、典型结构与光缆的型 号。
系统中光发送机的作用是将电信号转 换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。 光发送机一般由驱动电路、光源和调制器 构成，如果是直接强度调制可以省去调制 器，这些将在后续章节中详细介绍。
光接收机的作用是将光纤送来的光信 号还原成原始的电信号。它一般由光电检 测器和解调器组成，对于直接强度调制解 调器可以省略。
1.2 光纤通信的主要特性
1.2.1 光纤通信的优点
1. 光纤的容量大
光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载 波的通信系统，其载波—光波具有很高的 频率(约1014Hz)，因此光纤具有很大的通信 容量。
2. 损耗低、中继距离长
目前，实用的光纤通信系统使用的光 纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长 区的损耗可低到0.18dB/km，比已知的其 他通信线路的损耗都低得多，因此，由其 组成的光纤通信系统的中继距离也较其它 介质构成的系统长得多。
《光纤通信技术》 课程大纲
《光纤通信技术》课程大纲《光纤通信技术》课程大纲课程名称：光纤通信技术课程类别：核心课学分：4学分适用专业：通信工程专业、计算机应用专业先修课程：数字通信原理、数据通信原理一、课程的教学目的《光纤通信技术》是信息与通信工程学科一门重要的专业课程。
课程定位为需要学习通信工程、计算机通信技术等专业，从事信息通信、计算机、网络等相关行业的学员。
光纤通信系统具有低的传输损耗和宽的传输频带的特点，成为高速数据业务的理想传输通道。
课程以光纤的导光原理和激光器的发光原理为基础内容，同时涵盖了各种实用光网络技术。
课程以提高学生基本技能素质与新技术、新手段的应用能力为目标，培养能满足光纤网络工程的规划建设、系统调测、电信核心网络和接入网络的工程等需要的应用型人才。
为了更好地掌握本课程的知识，每章后面均附有大量的习题，并对主要知识点进行了总结。
鉴于本课程是实践性很强的专业课程，其教学内容既包括理论学习内容，又涵盖与之相关的实践实验活动内容，为以后学习光纤通信工程新技术打下基础。
二、相关课程的衔接学习本课程需要先修《数字通信原理》、《数据通信原理》等专业基础课程以及《现代交换技术》、《宽带接入技术》等相关课程；后续课程包括《光网络》、《多媒体通信》等。
三、教学的基本要求要求掌握《光纤通信技术》的基本概念、工作原理，了解相关扩展知识。
熟练进行光纤通信技术的工程分析及工程计算。
熟悉实验原理及内容，能够利用所学基本知识完成简单电路的分析和设计。
四、课程教学方法下载教学内容导学、详解、实时辅导、教案、综合练习题等资料。
为了更好地掌握本课程的知识，每章后面均附有大量的习题，并对主要知识点进行了总结。
本课程含有实验，使本课程更多地与实践接轨，为以后学习光纤通信工程新技术打下基础。
五、课程考核方式本学期将安排4次阶段作业。
每次作业计10分，共计40分。
作业类型为客观题，可重复提交，直至分数满意为止。
考试：本课程的考试采用开卷的形式，由于本课程的计算量较大，建议学生熟练使用计算器。
光纤通信系统
式中Δ=(n1-n2)/n1为纤芯与包层相对折射率差。
最大时延差近似为：
L 2 L n1L 2 c ( NA) 2n1c 2n1c c
2.1.3 光纤的传输特性
损耗和色散是光纤的两个主要的传输特性。
（1）光纤的损耗
所谓损耗是指光 纤每单位长度上的衰 减，单位为dB／km。 所有的损耗机理可以 分为两种不同的情况： 一是石英光纤的固有 损耗机理。二是由于 材料和工艺所引起的 非固有损耗机理。
原材料资源丰富,节约有色金属
1.3 光纤通信系统的基本组成
一个基本的光纤通信系统由三大部分构成：光发射设备、 光纤光缆、光接收设备。
驱动电路 调制器 光源 中继器 光纤 光纤 判决器 光电二 极管 放大器
光发射机
光接收机
系统中光发射机的作用是将电信号转换为光信号，并将生 成的光信号注入光纤。光接收机的作用是将光纤送来的光信号 还原成原始的电信号。
渐变型光纤的模式色散
2.2 介质平板波导
2.2.1 基本波导方程式
（1）波动方程
法拉第电磁感应定律：
E B t H D t
D 0
安培环路定律：
高斯定律： 磁通连续性定律：
B 0
其中
D 0 E P; B 0 H
（2）波动方程式
材料色散DM是由于光纤的折射率随波长而改变， 实际光源不是纯单色光，模内不同波长成分的光，其时 间延迟不同而产生的。 这种色散取决于材料折射率的波长特性和光源的 谱线宽度。
单模光纤的 材料色散和波导 色散在适当的波 长可以互相抵消， 而得到零频率色 散。此结论从右 图中就可以看出。
光纤通信第三版习题答案
光纤通信第三版习题答案光纤通信第三版习题答案光纤通信是一种高速传输信息的技术，它利用光信号在光纤中传输数据。
光纤通信的发展已经进入到第三版，为了帮助读者更好地理解和掌握相关知识，本文将提供一些光纤通信第三版习题的答案。
第一章：光纤通信基础知识1. 什么是光纤通信？光纤通信是利用光纤作为传输介质，将信息以光信号的形式传输的一种通信方式。
2. 光纤通信的优点有哪些？光纤通信具有大带宽、低损耗、抗干扰能力强等优点。
3. 光纤通信的基本组成部分有哪些？光纤通信的基本组成部分包括光源、调制器、光纤、解调器和接收器等。
4. 光纤通信的工作原理是什么？光纤通信的工作原理是利用光的全反射特性将光信号在光纤中传输，通过调制器和解调器的处理，将光信号转换为电信号进行传输和接收。
第二章：光纤通信系统设计1. 光纤通信系统的设计包括哪些方面？光纤通信系统的设计包括光源的选择、光纤的布线和连接、调制器和解调器的设计等方面。
2. 光纤通信系统中如何选择合适的光源？选择合适的光源需要考虑光源的功率、频率范围和调制方式等因素。
3. 光纤通信系统中如何设计光纤的布线和连接？光纤的布线和连接需要考虑光纤的长度、弯曲半径和连接方式等因素，以保证光信号的传输质量。
4. 光纤通信系统中如何设计调制器和解调器？调制器和解调器的设计需要考虑调制方式、解调方式和信号处理的算法等因素，以实现光信号的调制和解调。
第三章：光纤通信的性能评估1. 光纤通信系统的性能评估指标有哪些？光纤通信系统的性能评估指标包括传输速率、误码率、信噪比和带宽等。
2. 如何评估光纤通信系统的传输速率？光纤通信系统的传输速率可以通过测量单位时间内传输的比特数来评估。
3. 如何评估光纤通信系统的误码率？光纤通信系统的误码率可以通过发送和接收的比特数之间的差异来评估。
4. 如何评估光纤通信系统的信噪比？光纤通信系统的信噪比可以通过测量信号和噪声的功率之间的比值来评估。
第四章：光纤通信的应用1. 光纤通信在哪些领域得到了广泛应用？光纤通信在通信、互联网、电视传输和医疗等领域得到了广泛应用。
光纤通信
第一章1.光纤通信是利用光导纤维来传输光波信号的通信方式。
2.光纤通信工作在近红外线区，即0.8~1.8um的波长区，对应的频率为167~375THz。
3.电端机的作用是对来自信源的信号进行处理。
4.光发射机内有光源（半导体激光器（LD）或半导体发光二极管（LED）等），其作用是将电信号转换成光信号耦合进光纤。
5.光接收机内有光电检测器（如光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）等），作用是将来自光线的光信号转换成电信号，经方大、整形、再生成送入电接收机。
6.对于长距离的光纤通信系统，还必须设有光中继器。
作用是放大衰弱的信号，恢复失真的波形，使光脉冲得到再生。
7.光纤通信的优点：1.传输频带宽，通信容量大。
2.光纤衰弱小，传输距离远。
3.光纤抗电磁干扰的能力强，保密性好。
4.光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设。
5.光纤是由石英玻璃拉制成形，原材料来源丰富，并节约了大量有色金属。
6.具有耐腐蚀能力强、抗核辐射、能源消耗小。
8.光纤的损耗主要取决于吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗。
9.单模光纤的衰弱系数一般分别为0.3~0.4dB\KM（1310nm区域）和0.17~0.25dB\KM（1550nm 区域）。
10.通信光缆中的纤序排定：蓝、橙、绿、棕、灰、白、红、黑、黄、紫、粉红、天蓝。
11.通信用的光纤，绝大多数是用石英材料制成。
折射率高的中心部分叫纤芯，折射率稍低的外层称为包层。
12.光纤若按纤芯剖面折射率的分布不同来分，一般可分为阶跃型光纤和渐变型光纤。
按传播模式来分，可分为多模光纤和单模光纤。
按工作波长来分，可分为短波长光纤和长波长光纤。
按套塑类型可分为紧套光纤和松套光纤。
13.光脉冲在通过光纤传输期间，其波形在时间上发生了展宽，这种现象称为（损耗）。
14.光纤的色散包括：模式色散、材料色散、波导色散。
15.在单模光纤中不存在模式色散，只有材料色散和波导色散，因此它具有相当宽的带宽，适用于长距离、大容量的传输。
第1 光纤通信系统2
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1.4 光纤的优点
抗电磁干扰能力强 任何的通信系统都应具有一定的抗干 扰能力主要有两个原因：第一是光纤是绝 缘体，不怕雷电和高压，不受电磁干扰； 第二是光纤中传输的是频率很高的光波， 而各种干扰的频率一般都比较低，所以它 不能干扰频率比它高的多的光
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1.4 光纤的优点
光纤通信系统的抗干扰能力强，泄露小， 光纤通信系统的抗干扰能力强，泄露小， 保密性能好, 使用安全。 保密性能好 使用安全。
直接调制：电信号调制器件的驱动电流， 使输出光随电信号变化而实现。特点：技 术简单，成本较低，容易实现，但是调制 速率受激光器的频率特性所限制。 间接调制：激光的产生和调制分开。目前 有多种调制器可供选择，最常用的是电光 调制器。它是利用光信号改变电光晶体的 折射率，使通过调制器的光参数随电信号 变化而实现调制的。特点：调制速率高， 缺点是技术复杂，成本较高。
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光探测器实现 两种方式：直接检测和相干检测（外差检测） 两种方式：直接检测和相干检测（外差检测） 直接检测探测器直接把光信号转化为电信号。 直接检测探测器直接把光信号转化为电信号。 简单、经济。 简单、经济。是目前光纤通信系统普遍使用的方 法。 相干检测（外差检测） 相干检测（外差检测）要设置一个本地振荡器和 一个光混频器， 一个光混频器，使本地振荡光和光纤输出的信号 光在混频器中产生差拍而输出中频信号， 光在混频器中产生差拍而输出中频信号，再由光 探测器把中频信号转化为电信号。 探测器把中频信号转化为电信号。 难度大。高灵敏度 难度大。 2
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光纤通信系统的评价
1、有效性，指信息的传输速度； 、有效性，指信息的传输速度； 2、可靠性，指信息的传输质量； 、可靠性，指信息的传输质量； 3、适应性，指环境使用条件； 、适应性，指环境使用条件； 4、标准性，指元件的标准性、互换性； 、标准性，指元件的标准性、互换性； 5、经济性，指成本是否低； 、经济性，指成本是否低； 6、保密性，指是否便于加密； 、保密性，指是否便于加密； 7、使用维修是否方便。 、使用维修是否方便。
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历第一章：光纤通信概述1.1 光纤通信的定义和发展历程1.2 光纤通信的优势和局限性1.3 光纤通信的应用领域1.4 光纤通信的发展趋势第二章：光纤的基础知识2.1 光纤的组成和结构2.2 光纤的种类和特性2.3 光纤的传输原理2.4 光纤的耦合和衰减第三章：光纤通信系统的组成3.1 光源和光发射器3.2 光接收器和解调器3.3 光放大器和光纤放大器3.4 光波分复用器和光开关第四章：光纤通信系统的性能评估4.1 系统性能指标4.2 信道容量和误码率4.3 系统噪声和损耗4.4 系统优化和升级第五章：光纤通信技术的应用5.1 光纤通信在通信领域的应用5.2 光纤通信在数据传输中的应用5.3 光纤通信在有线电视中的应用5.4 光纤通信在互联网和数据中心中的应用第六章：光纤通信系统的传输技术6.1 直接序列扩频传输技术6.2 频率分割复用传输技术6.3 时间分割复用传输技术6.4 波长分割复用传输技术第七章：光纤通信系统的网络架构7.1 点对点光纤通信网络7.2 星型光纤通信网络7.3 环型光纤通信网络7.4 光纤通信网络的规划和设计第八章：光纤通信系统的保护与恢复8.1 光纤通信系统的保护技术8.2 光纤通信系统的恢复技术8.3 故障检测与定位技术8.4 系统冗余设计第九章：光纤通信技术的最新进展9.1 光量子通信技术9.2 光纤激光器技术9.3 光纤传感器技术9.4 光纤通信技术的未来发展趋势第十章：实验与实践10.1 光纤通信系统的基本实验10.2 光纤通信系统的性能测试与评估10.3 光纤通信网络的搭建与维护10.4 实际案例分析与讨论第十一章：光纤通信系统的维护与管理11.1 光纤通信设备的维护与管理11.2 光纤通信网络的监测与维护11.3 光纤通信系统的安全与保护11.4 光纤通信技术的标准化与规范第十二章：光纤通信技术在特定领域的应用12.1 光纤通信在军事通信领域的应用12.2 光纤通信在航空航天领域的应用12.3 光纤通信在海洋探测领域的应用12.4 光纤通信在医疗健康领域的应用第十三章：光纤通信技术的国际化发展13.1 国际光纤通信技术的标准与协议13.2 跨国光纤通信网络的构建与运营13.3 国际合作与竞争在光纤通信领域的影响13.4 光纤通信技术在全球范围内的普及与发展第十四章：光纤通信技术的创新与研发14.1 新型光纤材料与技术的研发14.2 光纤通信设备的创新设计14.3 光纤通信系统的智能化与自动化14.4 光纤通信技术在未来的挑战与机遇第十五章：课程总结与展望15.1 光纤通信技术课程回顾15.2 光纤通信技术的关键问题和挑战15.3 光纤通信技术的未来发展趋势15.4 学生实践和研究的方向与建议重点和难点解析本文档详细介绍了《光纤通信技术》课程的教学大纲、教案和课程日历，涵盖了光纤通信的概述、基础知识、系统组成、性能评估、应用领域、传输技术、网络架构、保护与恢复、最新进展、实验与实践、维护与管理、特定领域应用、国际化发展、创新与研发以及课程总结与展望等十五个章节。
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历第一章：光纤通信概述1.1 光纤通信的定义与发展历程1.2 光纤通信的优点与局限性1.3 光纤通信的应用领域第二章：光纤与光波导2.1 光纤的构造与类型2.2 光纤的传输原理2.3 光波导的类型与特点第三章：光纤通信器件3.1 光源与光发射器3.2 光接收器与光检测器3.3 光纤耦合器与光波分路器3.4 光放大器与光调制器第四章：光纤通信系统4.1 光纤通信系统的组成与工作原理4.2 光纤通信系统的性能评价指标4.3 光纤通信系统的分类与特点第五章：光纤通信技术的发展趋势5.1 高速光纤通信技术5.2 光纤通信网络技术5.3 新型光纤材料与器件5.4 光纤通信在5G及未来通信网络中的应用教学方法：1. 讲授：通过讲解、案例分析等方式，使学生掌握光纤通信的基本原理、技术及其应用。
2. 互动：鼓励学生提问、发表观点，提高课堂氛围，促进学生思考。
3. 实践：组织实验室参观、实践操作等活动，让学生亲身体验光纤通信技术的应用。
4. 讨论：组织小组讨论，培养学生团队合作精神，提高解决问题的能力。
教学评估：1. 平时成绩：考察学生出勤、课堂表现、作业完成情况等。
2. 期中考试：测试学生对光纤通信基本概念、原理和技术掌握程度。
3. 课程设计：要求学生完成一项与光纤通信相关的课程设计，培养实际操作能力。
4. 期末考试：全面考察学生对课程内容的掌握程度。
课程日历：第1周：光纤通信概述第2周：光纤与光波导第3周：光纤通信器件第4周：光纤通信系统第5周：光纤通信技术的发展趋势第六章：光纤通信系统的性能优化6.1 信号衰减与色散管理6.2 光纤非线性效应及其补偿6.3 光信号调制与解调技术第七章：光纤通信网络7.1 光纤通信网络的拓扑结构7.2 波分复用技术（WDM）7.3 光交换技术与光路由器7.4 光纤通信网络的规划与设计第八章：光纤通信技术的应用8.1 光纤通信在数据通信中的应用8.2 光纤通信在电信网络中的应用8.3 光纤传感器与光纤测量技术8.4 光纤医疗成像与治疗技术第九章：光纤通信技术的标准化与协议9.1 光纤通信标准化的意义与过程9.2 主要的光纤通信协议与标准9.3 光纤通信协议的发展趋势第十章：光纤通信技术的未来发展10.1 新型光纤材料与器件的研究10.2 量子光纤通信技术10.3 光纤通信在物联网中的应用10.4 光纤通信在未来通信网络中的挑战与机遇教学方法：6. 结合案例分析，深入探讨光纤通信系统的性能优化技术及其在实际应用中的作用。
光纤通信系统的建模与仿真
光纤通信系统的建模与仿真第一章：光纤通信系统的基本原理光纤通信是一种高速传输数据的方式，其基本原理是利用光的全内反射特性在光纤中传输信息。
光纤通信系统由三部分组成：光源、光纤和接收器。
光源是发出光信号的设备，光纤则是把光信号传输到接收器的载体，接收器则把光信号转换为电信号，经过一定处理后输出信息。
在光纤传输过程中，光信号不断衰减，同时还会受到色散、非线性等影响，因此需要建立相应的光纤传输模型进行仿真分析。
第二章：光纤通信系统建模光纤通信系统建模的核心是光纤传输模型，其目的是描述光信号在光纤中的传输过程。
光纤传输模型有两种常见的描述方式：一种是时域描述方法，也就是在时间域内研究光信号的传输规律；另一种是频域描述方法，也就是在频域内研究光信号的传输规律。
时域描述模型主要包括传输矩阵法和传输线法等。
传输矩阵法通过矩阵运算来描述光纤中光信号的传输过程，求得出射光强度与入射光强度的比值，从而得到光信号的传输特性。
传输线法则是通过建立微小元件的等效模型来描述光信号的传输规律。
频域描述模型则主要包括功率谱密度法和传递函数法等，其基本思路是将复杂的光信号分解为一系列频率分量，在频域内研究光信号的传输规律。
第三章：光纤通信系统仿真光纤通信系统的仿真工作是在光纤传输模型的基础上进行的。
光纤传输模型可以借助各种数学工具进行仿真，如MATLAB、OptiSystem等仿真软件。
MATLAB是一种功能强大的数值计算软件，可以用于各种数学建模分析问题，包括光纤传输模型的仿真。
利用MATLAB进行光纤传输模型的仿真，可以结合其MATHEMATICA工具箱来进行高级数学运算，以及各种数值模拟方法进行算法实现。
OptiSystem是一种专业的光学系统仿真软件，可以有效地模拟光学元件的特性，包括光源、光纤、接收器等，同时还支持频域和时域的仿真模式。
第四章：光纤通信系统仿真案例光纤通信系统的仿真可以应用于各种实际场景，以下是一些典型的仿真案例。
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历
光纤通信技术第一章：光纤通信概述1.1 光纤通信的定义与发展历程1.2 光纤通信的优势与局限性1.3 光纤通信的应用领域第二章：光纤与光波导2.1 光纤的制备与分类2.2 光纤的传输原理2.3 光波导的类型与制备方法第三章：光纤通信系统的基本组成3.1 光源与光发送器3.2 光纤与光缆3.3 光接收器与光检测器3.4 光放大器与光调制器第四章：光纤通信的信号处理与传输技术4.1 信号处理技术：滤波、编码、调制与解调4.2 光波分复用技术4.3 光波编码与光波调制技术4.4 光纤通信系统的性能评估第五章：光纤通信系统的应用与发展趋势5.1 光纤通信在电信领域的应用5.2 光纤通信在数据通信与网络中的应用5.3 光纤通信在有线电视与宽带接入网中的应用5.4 光纤通信技术的发展趋势第六章：光纤通信系统的网络拓扑与传输技术6.1 光纤通信系统的网络拓扑结构6.2 传输技术：单模光纤与多模光纤的传输6.3 光纤通信系统的网络规划与设计第七章：光纤放大器与光电子器件7.1 光放大器的工作原理与类型7.2 光电子器件的分类与功能7.3 光纤通信中的信号放大与处理技术第八章：光纤通信系统的性能评估与优化8.1 系统性能评估指标：损耗、色散、非线性效应8.2 光纤通信系统的性能优化技术8.3 网络性能的监测与管理第九章：光纤通信技术的标准化与协议9.1 光纤通信技术的国际标准与国内标准9.2 光纤传输协议：SDH、DWDM与OTN9.3 光网络协议：MPLS、PON与5G承载网第十章：光纤通信技术的实验与实践10.1 光纤通信实验设备与实验方法10.2 光纤通信系统的调试与维护10.3 光纤通信技术在实际工程中的应用案例分析重点和难点解析重点环节1：光纤通信的定义与发展历程解析：理解光纤通信的基本概念和发展历程对于掌握整个课程至关重要。
学生需要了解光纤通信与传统通信方式的差异，以及光纤通信技术是如何逐步取代传统通信技术的。
光纤通信
第一章 光纤通信概述1、 基本概念光纤通信：利用光导纤维传输光波信号的通信方式工作波长：目前光纤通信的实用工作波长在近红外区，即0.8—1.8um 的波长区。
对于SiO2光纤，有三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即850nm(用于多模),1310nm （单模），1550nm （单模）。
2、系统的基本组成（物理组成及各部分作用）强度调制/直接检波（IM/DD ）的光纤数字通信系统。
主要由光发射机、光纤、光接收机以及长途干线上必须设置的光中继器组成。
光发射机：将电信号转换成光信号耦合进光纤。
光发射机中的重要器件半导体激光器（LD ）或半导体发光二级管（LED ）是能够完成电-光转换的半导体光源。
光接收机：将光纤送过来的光信号转换成电信号，然后经过对电信号的处理以后，使其恢复为原来的脉码调制信号送入电接收机。
光接收机中的重要器件光电二极管（PIN ）和雪崩二极管（APD ）是能够完成光-电转换的光电检测器。
光中继器：保证通信质量。
有两种形式：光-电-光转换形式的中继器和光信号上直接放大的光放大器。
3、优越性（体现在哪里）①传输频带宽，通信容量大②传输损耗小，中继距离长③在某些条件下，抗电磁干扰能力强④光纤线径细，重量轻，制作光纤的资源丰富4、 技术的现状（PDH 、SDH 、WDM 、光电收发器、EPON ）PDH 、SDH 、WDH 用于语音传输，光电收发器、EPON 用于数据传输 PDH ：用于低容量，近距离SDH ：用于中等距离，较大容量WDM ：用于远距离现在涌现出的EPON 已经商用5、 发展的发展方向（GFP 、ASON 和全光网等）第二章 光导纤维1、 光纤的结构和分类结构：石英材料做成的横截面很小的双层同心圆柱体，线芯、包层和涂敷层。
分类：按横截面折射率分布划分：阶跃型光纤和渐变性光纤；按纤芯中传输模式的多少划分：单模光纤（适用于大容量长距离光纤通信）和多模光纤（存在模色散，带宽窄，制造、耦合及连接都比单模光纤容易）2、 用射线理论分析光纤的导光原理（阶跃、渐变），推出几个重要的参数和指标阶跃：相对折射指数差：△=2122212/)(n n n - 数值孔径：∆=-==2sin 12221max n n n NA φ渐变：最佳折射指数分布：可以消除模式色散的n(r)分布。
《光纤通信原理》PPT课件
3-1-2 散射损耗
光线通过均匀透明介质时，从侧面是难 以看到光线的，如果介质不均匀，如空 气中漂浮的大量灰尘，我们便可以从侧 面清晰地看到光束的轨迹。这是由于介 质中的不均匀性使光线四面八方散开的 结果，这种现象称之为散射。散射损耗 是以光能的形式把能量辐射出光纤之外 的一种损耗。散射损耗可分为线性散射 损耗和非线性散射损耗。
红外吸收损耗对于波长大于2微米的光 波表现得特别强烈，形成红外吸收带。
29
杂质吸收损耗
杂质吸收损耗可以随杂质浓度的降低 而减小，直至清除。因此得到一个很宽 的低损耗波长窗口，有利于波分复用 （WDM）。
30
原子缺陷吸收损耗
原子缺陷吸收损耗可以通过选用合适的 制造工艺，不同的掺杂材料及含量使之 减小到可以忽略不记的程度。
2
1-1 光纤通信的发展与现状
1-1-1 早期的光通信 几千年前，中国就有火光通信：烽火
台，它是世界上最早的光通信，因为它 具有光通信的基本要素：光源、接受器、 信息加在光波上和光通道。
1880年，贝尔发明了光电话，它是现 代光通信的开端，但由于找不到实用的 传输手段而夭折。
3
1-1-2 光纤通信
3、弯曲特性 弯曲特性主要取决于纤芯与包层的相对折
射率差△ 以及光缆的材料和结构。实用光纤的 最小弯曲半径一般为50~70毫米，光缆的最小 弯曲半径一般为500~700毫米，等于或大于光 纤最小弯曲半径的10倍。在以上条件下，光辐 射引起的光纤附加损耗可以忽略，若小于最小 弯曲半径，附加损耗则急剧增加。
1950年曾出现过导光用的玻璃纤维， 但损耗高达1000db/Km，这天文数字的 损耗量，使有人认为光纤传输无实际意 义。
1960年，英籍华人高锟指出：如能将 光纤中过渡金属离子减少到最低限度， 有可能使光纤的损耗减少到1 db/Km，信 息容量可能超过100MHz。
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基本要求
掌握用射线方法分析光纤导光原理数值孔径和时延差； 掌握模式的有关概念； 掌握光纤的损耗、色散和非线性以及影响。 了解光纤的结构与分类； 了解常用光纤的主要特性参数； 了解光纤的模式理论。
重点、难点
光纤的波动理论、光纤的色散和非线性特性。
2.1 光纤几何描述
（一）光纤的结构：
（二）光纤的分类：
日本也做出了超低损耗的光纤(损耗为0.2dB/km， 波长为1.55μm)，同时进行了多模光纤(同时允许多个 方向的光线在其中传送的光纤)1.31μm的长波长传输系 统的现场试验。
70年代、80年代、90年代 光纤通信已经发展到以采用光放大器增加中继距离和 采用波分复用增加传输容量为特征的第四代系统。 到如今，已开始采用全光网络,通信容量达到上千GMZ
传输：
电话线、铁线、铜线、载波、微波、光纤
1.2 光纤通信的发展与现状
1.2.1 早期的光通信
到了1880年，贝尔发明了第一个光电话，这一大胆的 尝试，可以说是现代光通信的开端。
在这里，将弧光灯的恒定光束投射在话筒的音膜上，随
声音的振动而得到强弱变化的反射光束，这个过程就是调
制。
大气作为光通道
音膜
如果今后采用非石英光纤，并工作在超长波长(＞2μm)，光纤的理论 损耗系数可以下降到10-3～10-5dB/km，此时光纤通信的中继距离可达 数千，甚至数万公里。
3.
我们知道，电话线和电缆一般是不能跟高压电线平行架设的，也不能在 电气铁化路附近铺设。
4. 对通信系统的重要要求之一是保密性好。然而，随着科学技术的发展，电通信 方式很容易被人窃听：只要在明线或电缆附近(甚至几公里以外)设置一个特别的 接收装置，就可以获取明线或电缆中传送的信息。更不用去说无线通信方式
5. 6. 节省有色金属和原材料
1.3.2 事物都是一分为二的，光纤通信有许多优点，因而发展很 快，但光纤通信也有以下缺点。
1. 2.
1.4 光纤通信系统的组成和分类
1.4.1 光纤通信系统是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系 统。主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。系 统中光发送机的作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光 信号注入光纤。光发送机一般由驱动电路、光源和调制器组成。
1.3 光纤通信的主要特性
1.3.1 1.
光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系统，其
载波—光波具有很高的频率(约1014GHz)，因此光纤具有很大的
通信容量。
2. 损耗低、
目前，实用的光纤通信系统使用的光纤多为石英光纤，此类光纤在 1.55μm波长区的损耗可低到0.18dB/km，比已知的其他通信线路的损 耗都低得多，因此，由其组成的光纤通信系统的中继距离也较其它介质 构成的系统长得多。
1.1 通信网：
（一）、通信系统 终端、传输线
（二）、通信网：多个通信系统的有机结合
终端、交换、传输设备组成
终端：
磁石话机、共电话机、脉冲话机、多频话机、 数字话机、 电传机、三类传真机、四类传真机、计算机
交换：
磁石交换机、共电交换机、纵横制交换机
模拟程控交换机、数字程控交换机、IP交换机 ATM交换机
1. 石英系光纤：分为多模阶跃折射率光纤、多模渐变折射率 光纤和单模阶跃折射率光纤三种，如图1.1.3。
2. 多组份玻璃纤维：钠玻璃掺有适当杂质 3. 塑料包层光纤 4. 全塑光纤
2.2、光在光纤中的传输
(光纤的射线理论分析)
1、 • 光在均匀介质中是沿直线传播的，其传播速度为
v=c/n 式中：c＝2.997×105km/s，是光在真空中的传播速度；n是 介质的折射率(空气的折射率为1.00027，近似为1；玻璃的折 射率为1.45左右)。
国标准电信研究所)博士深入研究了光在石英玻璃纤维
中的严重损耗问题，发现这种玻璃纤维引起光损耗的
主要原因是其中含有过量的铬、铜、铁与锰等金属离
子和其他杂质，其次是拉制光纤时工艺技术造成了芯、
包层分界面不均匀及其所引起的折射率不均匀，他还
发现一些玻璃纤维在红外光区的损耗较小。
在高锟理论的指导下，1970年美国的康宁公司拉出 了第一根损耗为20dB/km的光纤。 1977年美国在芝加哥进行了44.736Mbit/s的现场实验， 1978年，日本开始了32.064Mbit/s和97.728Mbit/s的光 纤通信实验；1979年，美国AT&T和日本NTT均研制出 了波长为1.55μm的半导体激光器，
根据光纤的传导模数量，光纤通信系统可以分为多模光 纤通信系统和单模光纤通信系统。
根据系统的工作波长，光纤通信系统可分为短波长光纤 通信系统、长波长光纤通信系统和超长波长光纤通信系统。
第2章 光纤的传输理论(10学时)
主要 内 容
2.1、光纤的几何描述 2.2、光在光纤中的传输 2.3、光纤的模式 2.4、光纤的损耗 2.5、光纤的色散 2.6、单模光纤与光缆 2.7、光纤的非线性特性
光接收机的作用是将光纤送来的光信号还原成原始 的电信号。它一般由光电检测器和解调器组成。
光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介(信道)， 将光信号由一处送到另一处。
中继器分为电中继器和光中继器(光放大器)两种， 其主要作用就是延长光信号的传输距离。
1.4.2 根据调制信号的类型，光纤通信系统可以分为模拟光 纤通信系统和数字光纤通信系统。 根据光源的调制方式，光纤通信系统可以分为直接调 制光纤通信系统和间接调制光纤通信系统
教 学方式
以理论讲授为闭卷考试 本课程通过二方面 进行考核： 作业20%， 考 试80%
第一章 概 述
内 容（2学时） 1.1 通信网
1.2 光纤通信的发展与现壮 1.3 光纤通信的主要特性 1.4 光纤通信系统的组成和分类
基本要求
了解通信网的网络结构、光纤通信在通 信网中的位置和作用、光通信的发展历史 与发展前景、光通信的特点、组成。
213M
贝尔电话系统
• 1.2.2
•
在大气光通信受阻之后，人们将研究的重点转入
到地下光波通信的实验，先后出现过反射波导和透镜
波 导 等 地 下 通 信 的 实 验 ， 如 图 1 . 2 .2 所 示 。 （ 1962-
1964）
图1.2 .2 反射波导和透镜波导
•
1966年，英籍华人高锟(K.C.Kao，当时工作于英